Сравнение материалов для литья под давлением: АБС, ПК, нейлон, ПП, ПОМ и ПЭЭК по прочности, стоимости и формуемости

Выбор материала – это решение, которое незаметно устанавливает все остальное. Он фиксирует механические ограничения детали, фиксирует стоимость одного выстрела, а поскольку разные смолы усаживаются с очень разной скоростью, он фиксирует размеры полостей в стали до того, как будет отлита отдельная деталь. Замените смолу после того, как инструмент будет срезан, и вам часто придется платить за новую полость.

Это сравнение охватывает шесть смол, на которые приходится подавляющее большинство коммерческих деталей, отлитых под давлением, и оценивается по свойствам, которые имеют значение в производстве, а не по чтению технических характеристик. Здесь также рассматривается то, что упускают из виду большинство сравнительных статей: как каждый выбранный материал влияет на форму и цену детали.

Как выбрать литьевой материал за четыре вопроса

Проработайте их по порядку, и большинство кандидатов самоустранятся.

1. Какова максимальная температура, при которой деталь будет эксплуатироваться, включая транспортировку, хранение и любой цикл очистки или стерилизации? Это устанавливает нижний предел и немедленно удаляет целые категории.
2. Каким химическим воздействиям будет подвергаться деталь, в том числе чистящим средствам, топливу, маслам, влаге и ультрафиолетовому излучению?
3. Каким механическим требованиям он подвергается, и является ли это жесткостью, ударопрочностью, усталостью или износом поверхности скольжения? Это разные требования, и для всех из них не существует единого смоляного провода.
4. Требуется ли для детали прозрачность, особый внешний вид, одобрение регулирующих органов или класс огнестойкости?

Стоимость идет последней, а не первой. Более дешевая смола, которая не соответствует требованиям к обслуживанию, не дешевле. На стоимость действительно влияет выбор между двумя материалами, которые оба соответствуют требованиям, что является действительно распространенной ситуацией и позволяет сэкономить большую часть денег.

Основная сравнительная таблица

Два ряда заслуживают большего внимания, чем обычно: усадка и формуемость. Оба определяют, будет ли выбранный вами материал действительно соответствовать допускам на вашем чертеже после запуска инструмента.

Свойства, которые на самом деле решают выбор

Усадка и почему это инструментальное решение

Каждый термопластик сжимается при охлаждении, и полость вырезается по размеру из-за ожидаемой усадки, поэтому готовая деталь оказывается на номинальном уровне. Эта компенсация заложена в сталь. Полукристаллические материалы, такие как полипропилен, нейлон и ацеталь, сжимаются значительно сильнее, чем аморфные материалы, такие как АБС-пластик и поликарбонат, и они сжимаются менее предсказуемо, поскольку кристалличность меняется в зависимости от скорости охлаждения.

Практических последствий три. Материалы с высокой усадкой затрудняют соблюдение жестких допусков, поскольку небольшое изменение охлаждения приводит к измеримым изменениям размеров. Они более склонны к короблению, поскольку неравномерная усадка детали приводит к ее потере формы. А переключение между материалами с разной усадкой после резки инструмента обычно означает повторную резку полости, поскольку форма, рассчитанная на АБС, не будет производить правильные детали из ацеталя.

Если деталь имеет жесткие допуски, это свидетельствует в пользу использования аморфного материала с низкой усадкой или принятия более жестких допусков и более дорогого цикла разработки оснастки. Принять это решение до того, как инструмент будет процитирован, гораздо дешевле, чем обнаружить его в первой статье.

Формовываемость и сколько это стоит в прессе

Способность к формованию определяет, насколько легко смола заполняется, сколько времени она требует сушки, какие температуры плавления и формы она требует, а также насколько она допускает изменения в процессе. АБС-пластик и полипропилен просты в использовании: они легко заполняются и допускают широкий диапазон технологических процессов. Поликарбонат и нейлон гигроскопичны, и их необходимо правильно сушить, поскольку влага вызывает растекание и ухудшает механические свойства. PEEK требует высоких температур плавления и нагретой оснастки, что увеличивает как время цикла, так и стоимость оснастки.

Сложный материал – не повод избегать его, когда этого требует приложение. Это повод ожидать более длительных циклов, более жесткого контроля процесса и большего количества брака во время запуска, и все это относится к модели затрат, а не является неожиданностью.

Шесть смол в деталях

АБС

ABS используется по умолчанию для потребительских корпусов, корпусов и косметических деталей, и он заслужил эту позицию благодаря тому, что его легко формовать, он стабильен по размерам и восприимчив к покраске, гальваническому покрытию и текстурированию. Он требует хорошей обработки поверхности, хорошо обрабатывается и склеивается, имеет низкую и предсказуемую усадку.

Где это не удается, так это температура и химия. Температура непрерывной эксплуатации умеренная, а АБС подвергается воздействию многих растворителей. Он также имеет плохую устойчивость к ультрафиолету без стабилизации, поэтому незащищенные наружные детали мелятся и становятся хрупкими. Выбирайте ABS для внутренних корпусов, деталей бытовой техники, корпусов для электроники и всего, где внешний вид и стоимость имеют большее значение, чем воздействие на окружающую среду.

Поликарбонат

Поликарбонат – это вариант удара и прозрачности. Он действительно прочен в широком диапазоне температур и оптически прозрачен, что представляет собой комбинацию, которую предлагают немногие другие материалы. Рабочая температура значительно выше, чем у ABS.

Его слабыми сторонами являются химическая стойкость и чувствительность к надрезам. Многие растворители и некоторые чистящие средства вызывают растрескивание под напряжением, а острый внутренний угол концентрирует напряжение в материале, который в остальном хорошо противостоит ударам. Он также гигроскопичен и перед формованием его необходимо высушить. Смеси ПК и АБС распространены именно потому, что они обменивают часть прочности на более легкую обработку и лучшее химическое поведение. Выбирайте поликарбонат для линз, защитных устройств, компонентов безопасности и ударопрочных корпусов.

Нейлон

Нейлон относится к семейству, наиболее распространенными из которых являются PA6 и PA66. Он обладает высокой прочностью и жесткостью, хорошей износостойкостью и хорошей устойчивостью к топливу и маслам, поэтому применяется во всех автомобильных и промышленных целях. Стеклонаполненные марки существенно увеличивают жесткость и чрезвычайно распространены.

Определяющей характеристикой является поглощение влаги. Нейлон впитывает воду из воздуха, в результате чего деталь увеличивается в размерах, становится более прочной и менее жесткой. Это означает, что деталь, измеренная в сухом виде, и деталь, измеренная после кондиционирования, имеют разные размеры, и при любом обсуждении допусков необходимо указывать состояние влажности. Нейлон также значительно и непредсказуемо сжимается, что затрудняет работу с жесткими допусками. Выбирайте его для шестерен, подшипников, крепежа, конструктивных кронштейнов и компонентов под капотом.

Полипропилен

Полипропилен — самый дешевый из шести и наиболее химически стойкий из товарных смол. Он легкий, почти полностью противостоит влаге и обладает уникальными способностями к созданию живого шарнира, то есть тонкой секции, которая может многократно сгибаться без сбоев. Ничто другое в этом списке не делает этого.

Компромиссами являются жесткость и температура: он сравнительно мягкий, расползается при длительной нагрузке, а температура его эксплуатации ограничена. Он также сильно сжимается, поэтому жесткие допуски затруднены. Выбирайте полипропилен для контейнеров, затворов, подвижных частей петель, объектов, подвергающихся воздействию химических веществ, а также крупногабаритных компонентов, где стоимость материала доминирует.

ПОМ (ацеталь)

Ацеталь – прецизионный механический материал. Он жесткий, стабильный по размерам в эксплуатации, имеет низкий коэффициент трения и превосходную усталостную прочность, что делает его стандартным выбором для шестерен, кулачков, втулок, защелок и небольших движущихся компонентов.

Две вещи ограничивают это. Усадка является самой высокой в ​​этом списке, поэтому размер полости и конструкция охлаждения имеют большее значение, чем обычно, а толстые секции склонны к образованию пустот. А ацеталь нелегко склеивать и окрашивать, поэтому он подходит скорее для функциональных внутренних деталей, чем для косметических. Выбирайте его там, где деталь скользит, вращается или должна надежно пружинить в течение многих циклов.

PEEK

PEEK относится к другой категории. Он выдерживает постоянные температуры эксплуатации намного лучше других, устойчив почти ко всем химическим веществам, сохраняет прочность при температуре и работает в сложных медицинских, аэрокосмических и полупроводниковых приложениях. Там, где это указано, обычно это потому, что больше ничего не работает.

Кроме того, это, безусловно, самый дорогой материал, требующий высоких температур плавления и нагретой оснастки, что увеличивает время цикла и стоимость оснастки. Выбор PEEK там, где более дешевая конструкционная смола отвечает этим требованиям, является одной из самых дорогостоящих ошибок при выборе материала. Выбирайте его, когда температура, химическое воздействие или нормативные требования действительно не оставляют альтернативы.

Заполненные и измененные оценки

Базовые смолы – это только отправная точка. В большинстве инженерных приложений используется модифицированный сорт, при этом модификация меняет как свойства, так и обработку.

• Армирование стекловолокном существенно повышает жесткость и прочность и уменьшает усадку, но делает материал более хрупким, более абразивным для инструмента и склонным к эффектам ориентации волокон, которые вызывают направленное коробление.
• Минеральный наполнитель повышает стабильность размеров и снижает стоимость, обеспечивая меньший прирост жесткости, чем у стекла.
• Огнестойкие марки необходимы для многих электрических и электронных устройств и обычно снижают ударную вязкость и усложняют обработку.
• Марки, стабилизированные ультрафиолетом, необходимы для любой детали, подвергающейся воздействию внешних факторов, и добавление стабилизации позже не приведет к ремонту детали, уже указанной без нее.
• Ударно-модифицированные марки обменивают некоторую жесткость на ударную вязкость и часто используются там, где базовая смола близка, но слишком хрупка.
• Медицинские и пищевые марки имеют нормативную документацию, необходимую для этих применений, и одобрение относится к конкретной марке, а не к семейству смол.

Стеклянная заливка заслуживает особого внимания при использовании инструментов. Смолы, наполненные абразивом, со временем изнашивают сталь, особенно затворы, что влияет на выбор инструментальной стали и график технического обслуживания. Это относится к обсуждению инструментов на этапе проектирования, а не после первых ста тысяч выстрелов.

Выбор по требованию применения

Если детали требуется два разных поведения в одной детали, например твердое тело с мягкой рукояткой, ответом часто является процесс, а не один материал. Формование с использованием мягких на ощупь материалов сочетает в себе жесткую подложку с эластомером, а формование со вставками герметизирует металлические компоненты в пластике там, где требуются резьбы или проводящие пути.

Как выбор материала влияет на форму и цену детали

• Размеры полости вырезаются с учетом определенной степени усадки, поэтому смена семейства смол после оснастки обычно означает повторную резку стали.
• Время цикла зависит от материала. Материалы, требующие высоких температур пресс-формы или длительного охлаждения, повышают стоимость каждой детали на протяжении всего срока службы инструмента.
• Размер литника и желоба зависит от вязкости расплава, поэтому замена материала может потребовать модификации литника, даже если полость не затронута.
• Смолы с абразивным наполнителем ускоряют износ инструмента и влияют на характеристики инструментальной стали и интервал технического обслуживания.
• Материалы с высокой усадкой требуют большего внимания к расположению каналов охлаждения, что является затратами на проектирование оснастки, а не стоимостью детали.
• Требования к сушке требуют дополнительного оборудования и времени на обработку гигроскопичных материалов, таких как поликарбонат и нейлон.

Вот почему выбор материала должен быть сделан до того, как будет предложена стоимость оснастки, а не после нее. Решение о смоле, принятое поздно, означает замену инструмента, а замена инструмента в закаленной стали — самые дорогостоящие исправления во всем процессе.

Распространенные ошибки при выборе материала

• Выбор только по прочности на разрыв, когда жесткость, ударные характеристики или сопротивление усталости — это то, что действительно требуется для применения.
• Игнорирование поглощения влаги нейлоном и затем запись допусков, которые невозможно соблюдать при нормальных условиях влажности.
• Выбор высокоэффективной смолы, инженерный класс которой будет отвечать всем требованиям, приводит к увеличению стоимости материалов и инструментов без какой-либо функциональной выгоды.
• Наблюдение за воздействием ультрафиолета на детали, которые будут находиться на открытом воздухе или возле окна, а затем обнаружение охрупчивания в полевых условиях.
• Предполагается, что значение из таблицы применимо к вашей детали, а опубликованные цифры взяты из стандартных испытательных образцов, а не из вашей геометрии, положения литника и условий охлаждения.
• Замена смолы после резки инструмента без проверки того, влияет ли разница в усадке на размеры полости.

Последний вариант является самым дорогостоящим и наиболее предотвратимым. Проверка смолы до того, как инструмент будет разрезан, или, как минимум, согласование того, какие альтернативы совместимы по размерам, полностью устраняет риск.

Принятие материального решения в производство

Материал и геометрия определяются вместе, а не последовательно. Толщина стенок, пропорции ребер и расположение литника - все это влияет на усадку и текучесть смолы, и конструкция, которая работает с одним материалом, может не работать с другим. Наше руководство по проектированию ребер и косынок охватывает геометрическую сторону этой взаимосвязи, и многие проблемы в нашей статье о дефектах формования, связанных с материалом, связаны с несоответствием между смолой и конструкцией детали, а не с прессой.

Для очень маленьких компонентов поведение материала снова меняется, поскольку длины потока, скорости охлаждения и пропорции ворот не уменьшаются плавно. Наше сравнение применений микроформования охватывает те области, где эти различия имеют значение.

Elite Mold Tech формует АБС, поликарбонат, нейлон, полипропилен, ПОМ, ПЭЭК и ТПУ с помощью своих услуг по литью пластмасс под давлением и проверяет выбор материалов на соответствие требованиям к геометрии детали и допускам во время составления предложения, а не после изготовления оснастки. Отправьте модель детали и требования к обслуживанию в Elite Mold Tech, чтобы получить рекомендации, учитывающие усадку, допуски и последствия для инструментов.

Часто задаваемые вопросы